TW201429010A - 壓電振動片、壓電振動子、振盪器、電子機器及電波時計 - Google Patents

壓電振動片、壓電振動子、振盪器、電子機器及電波時計 Download PDF

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TW201429010A TW102130023A TW102130023A TW201429010A TW 201429010 A TW201429010 A TW 201429010A TW 102130023 A TW102130023 A TW 102130023A TW 102130023 A TW102130023 A TW 102130023A TW 201429010 A TW201429010 A TW 201429010A
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Abstract

[課題]提供可以一面抑制剛性下降一面謀求小型化，並且振動特性優良的壓電振動片、壓電振動子、振盪器、電子機器及電波時計。[解決手段]具有被配設成互相平行之一對振動腕部(10、11)，和一體性固定一對振動腕部之長度方向中之基端部的基部，和被形成在一對振動腕部(10、11)中之主面(10b、11b)，沿著長度方向延伸的溝部(25)，溝部(25)具有被形成在振動腕部(10、11)之前端部側的第1溝部(26)，和被形成在較第1溝部(26)靠振動腕部(10、11)之基端部側的第2溝部(27)，第2溝部(27)被配置設成較第1溝部(26)偏移-X軸方向。

Description

壓電振動片、壓電振動子、振盪器、電子機器及電波時計
該發明係關於壓電振動片、壓電振動子、振盪器、電子機器及電波時計。
行動電話或行動資訊終端機器使用利用水晶等之壓電振動子以當作時刻源或控制訊號等之時序源、基準訊號源等。該種壓電振動子雖然提供各種，就以其一而言，所知的有具備音叉型之壓電振動片的壓電振動子。
圖16為表示以往之壓電振動片的剖面圖。
圖16所示般，音叉型之壓電振動片200係藉由配設成平行之一對振動腕部210、211，和支撐一對振動腕部210、211之基端部的基部(無圖示)所構成。然後，在壓電振動片200之外表面形成電極膜，藉由對該電極膜施加電壓，可以使一對振動腕部210、211以特定的諧振頻率在互相接近或離開之方向振動。
然而，近年來，隨著搭載壓電振動子之機器的小型化，期待壓電振動片200之小型化。但是，例如當縮窄例如振動腕部210、211之寬度時，形成在振動腕部210、211上之電極膜之形成寬度也變小，其等效串聯電阻值(Crystal Impedance：CI值)上升而使得輸出訊號之精度惡化。
對此，如圖16所示般，所知的有藉由蝕刻加工在振動腕部210、211之兩主面上形成溝部212之構成。若藉由該構成，因在溝部212之側面，因成對的勵振電極(無圖示)彼此相向，故可以效率佳地使電場作用於其相向方向。依此，即使縮窄振動腕部210、211之寬度，亦可以提高電場效率，並可以一面維持斜振頻率F一面謀求小型化。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2009-81520號公報
但是，當在壓電振動片200之振動腕部210、211形成溝部212時，振動腕部210、211之剛性下降。尤其，於在振動腕部210、211之基端部和基部的連接部 附近，形成溝部之時，無法取得振動腕部210、211之充分強度，並且在該部分容易產生應力集中。因此，當在壓電振動片200作用外部衝擊等時，有振動腕部210、211之基端部和基部的連接部附近成為起點而產生破裂等之虞。即是，在振動腕部210、211設置溝部212之時，有振動腕部之剛性下降之課題。
並且，在振動腕部210、211形成溝部212之時，除上述「振動腕部之剛性下降之課題」外，也有下述課題。即是，溝部212係使用遮罩圖案對水晶等之晶圓施予濕蝕刻而形成，水晶等之材質具有特定之結晶軸，有蝕刻速度按結晶軸方向有所不同的性質。如此之性質也被稱為「蝕刻各向異性」。具體而言，所知的有在水晶之各結晶軸(X軸、Y軸、Z軸)中，蝕刻速度按Z軸、+X軸、-X軸、Y軸之順序變慢。然後，藉由具有該「蝕刻各向異性」，蝕刻後之溝部212之剖面形狀不限於單純的矩形狀，所知的有具有如圖16之傾斜面的形狀。
在此，將圖16所示之溝部212內之傾斜面之部分稱為「蝕刻殘餘物213」。通常，於形成音叉型之壓電振動片200之時，以可以藉由蝕刻加工取得期待之外形形狀之方式，並以結晶軸之Z軸與壓電振動片200之厚度方向略一致，Y軸與壓電振動片200之長度方向略一致，X軸與壓電振動片200之寬度方向略一致之方式，從水晶原石切割晶圓，但是在溝部212之形成時，由於受到上述蝕刻各向異性之影響，在溝部212之側面產生蝕刻殘留物 213。具體而言，因隨著從+X軸側朝向-X軸側，蝕刻速度產生延遲，故針對在溝部212中之X軸方向相向之側面中，位於-X軸側之-X軸側側面212a，成為隨著朝向溝部212之底部，逐漸朝向+X軸方向傾斜之傾斜面。然後，該傾斜之部分成為上述蝕刻殘留物213。並且，針對位於+X軸側之+X軸側側面212b，成為與Z軸方向平行之側面(無蝕刻殘餘物213之側面)。並且，蝕刻殘留物不僅在溝部212，也形成在振動腕部210、211之側面。圖16圖示著在振動腕部210、211之兩側面中，在+X軸側之側面形成傾斜(蝕刻殘留物)之點。
然後，當在溝部212產生蝕刻殘留物213之時，在以於X軸方向對各振動腕部210、211施予二等分之中心線O’為中心的兩側形狀不同，重量平衡成為不均衡。其結果，有振動腕部210、211之驅動位準特性(相對於施加於壓電振動片200之電壓的諧振頻率F之舉動)之變化，或由於振動洩漏導致CI值增加等之問題。即是，於在振動腕部210、211設置溝部212之時，除了「振動腕部之剛性下降的課題」外，也有由於蝕刻殘餘物213所引起的「振動平衡不均衡的課題」。
於是，本發明之目的係針對在振動腕部設置有溝部的壓電振動片，提供可以邊抑制剛性下降，邊解除振動平衡之不均衡的壓電振動片及具備此之壓電振動子、振盪器、電子機器及電波時計。
為了達成上述目的，本發明之壓電動片，具備：被配置成互相平行之一對振動腕部；和一體性固定上述一對振動腕部之長邊方向中之基端部的基部；和被形成在上述一對振動腕部中之主面，沿著上述長度方向而延伸的溝部，上述振動腕部之厚度方向為結晶軸之Z方向，上述振動腕部之長度方向為結晶軸之Y軸方向，並且與上述長度方向及上述振動腕部之厚度方向正交之寬度方向為結晶軸之X軸方向，該音叉型之壓電振動片之特徵為：上述溝部具有：第1溝部，其被形成在上述振動腕部之前端部側；和第2溝部，其被形成在較上述第1溝部靠上述振動腕部之基端部側，上述第2溝部係在上述X軸方向被配設成較上述第1溝部偏移-X軸方向。
若藉由該構成時，因在振動腕部之基端側，溝部分成第1溝部和第2溝部，故比起一條連通的溝部形成在振動腕部之時，可以抑制應力集中於振動腕部之基端部，並可提高振動腕部之剛性。並且，因第2溝部被配設成相對於第1溝部偏移-X軸方向，故可以抑制由於第1溝部形成時產生之蝕刻殘餘物，而產生在振動腕部之X軸方向之兩側部分之重量平衡的偏差。即是，當形成第1溝部時，雖然在第1溝部之-X方向側產生蝕刻殘餘物，依此，相對於在X軸方向分斷第1溝部之中心線，-X方向側之重量增加，但是藉由使第2溝部偏移-X方向側，因在第2溝部中，-X軸方向之重量較+X軸方向減輕，故可 以減輕在第1溝部產生之重量平衡之偏差。其結果，當以振動腕部全體觀看時，相對於成為振動中心之振動腕部之長邊方向中心線可以縮小左右之重量平衡之偏差。
再者，以上述第2溝部之溝寬度較上述第1溝部之溝寬度窄為特徵。
藉由該構成，因可以在振動腕部之基端側縮窄第2溝部之溝寬度，故可以有效果地抑制應力集中於振動腕部之基端部，能夠更提高振動腕部之剛性。
再者，與本發明有關之壓電振動子之特徵在於：具有上述壓電振動片，和具有互相接合之基座基板和頂蓋基板，且在形成於兩基板之間的空腔內收容上述壓電振動片的封裝體。依此，可以提供耐衝擊性，並且驅動準位(drive level)特性優良的壓電振動子。
再者，與本發明有關之振盪器之特徵在於：以上述壓電振動子作為振盪子而被電性連接於積體電路。再者，本發明所涉及之電子機器之特徵在於：上述壓電振動子被電性連接於計時部。再者，本發明所涉及之電波時計之特徵在於：上述壓電振動子電性連接於濾波器部。
與本發明有關之振盪器因在電子機器及電波時計中，具備有上述壓電振動子，故可以提供信賴性及耐久性優良之高品質製品。
若藉由本發明，針對振動腕部設置有溝部的 壓電振動片，能夠提供可以邊抑制剛性下降，邊解除振動平衡之不均衡的壓電振動片及具備此之壓電振動子、振盪器、電子機器及電波時計。
1‧‧‧壓電振動片
10、11‧‧‧振動腕部
10b、11b‧‧‧主面
12‧‧‧基部
25‧‧‧溝部
26‧‧‧第1溝部
27‧‧‧第2溝部
50‧‧‧壓電振動子
51‧‧‧基座基板
52‧‧‧頂蓋基板
53‧‧‧封裝體
100‧‧‧振盪器
101‧‧‧積體電路
110‧‧‧行動資訊機器(電子機器)
113‧‧‧電子機器之計時部
130‧‧‧電波時計
131‧‧‧濾波器部
C‧‧‧空腔
圖1為本發明之實施型態中之壓電振動片之俯視圖。
圖2為沿著圖1之A-A線之剖面圖。
圖3為表示壓電振動片之製造方法的流程圖。
圖4為表示壓電振動片之製造方法，為水晶晶圓之俯視圖。
圖5為表示壓電振動片之製造方法的工程圖，為沿著圖4之B-B線之剖面圖。
圖6為表示壓電振動片之製造方法的工程圖，為沿著圖4之B-B線之剖面圖。
圖7為表示壓電振動片之製造方法的工程圖，為沿著圖4之B-B線之剖面圖。
圖8為表示壓電振動片之製造方法的工程圖，為沿著圖4之B-B線之剖面圖。
圖9為表示壓電振動子之外觀斜視圖。
圖10為圖9所示之壓電振動子之內部構造圖，取下頂蓋基板之狀態的俯視圖。
圖11為沿著圖10之C-C線之剖面圖。
圖12為圖9所示之壓電振動子之分解斜視圖。
圖13為表示本發明之一實施型態之圖示，為振盪器之構成圖。
圖14為表示本發明之一實施型態之圖示，為電子機器之構成圖。
圖15為表示本發明之一實施型態之圖示，為電波時計之構成圖。
圖16為表示以往之壓電振動片的剖面圖。
針對本發明之實施型態，參照圖面予以說明。
(壓電振動片)
圖1為與本實施型態有關之壓電振動片之俯視圖，圖2為沿著圖1之A-A線的剖面圖。
如圖1、圖2所示般，本實施型態之壓電振動片1為由水晶、鉭酸鋰或鈮酸鋰等之壓電材料所構成之音叉型的振動片，具備：一對振動腕部10、11及具有一體性固定一對振動腕部10、11之基端部的基部12的壓電板13，和被形成在壓電板13上之電極膜14。並且，本實施型態之壓電板13係如後述般，將水晶之郎伯(Lambert)原石以特定角度對作為水晶結晶軸互相正交的X軸、Y軸、Z軸進行切片而成為水晶晶圓40(參照圖4)，藉由對該水晶晶圓40施予濕蝕刻而形成。然後，在本實施型態之壓 電板13中，水晶結晶軸之Z軸在壓電板13之厚度方向略一致，Y軸與壓電板13(振動腕部10、11)之長度方向一致，X軸與壓電板13之寬度方向(振動腕部10、11之配列方向)一致。
基部12具有連接振動腕部10、11之第1基部21，和被排列配置在第1基部21之基端部，被設成寬度比第1基部21寬的第2基部22(所謂的兩段基部型)。再者，第1基部21和振動腕部10、11之基端部的連接部分，以及各基部21、22之連接部分，成為寬度隨著從沿著Y軸方向之前端部朝向基端側逐漸擴大的傾斜面21a、22a。並且，在本實施型態中，雖然將基部12之形狀設為兩段基部型，但是基部12之形狀並不限定於此，即使為在基部12之側面無階差的直列型，或者在基部12的X軸方向具有缺口(溝槽)之溝槽型亦可。於溝槽型之時，可取得振動腕部10、11之振動經基部12可以而降低在封裝體側洩漏之「振動洩漏」的效果。
一對振動腕部10、11係沿著Y軸方向而延伸，並且在X軸方向平行排列而形成。再者，在各振動腕部10、11之X軸方向上相向的兩側面中，位於-X軸方向之-X軸側側面10a、11a，被形成對兩主面10b、11b略垂直，位於+X軸方向之+X軸側側面10c、11c成為隨著從沿著Z軸方向之外側(主面10b、11b側)朝向中央部，朝+X軸方向傾斜之傾斜面。即是，從振動腕部10、11之兩主面10b、11b之+X軸側端緣延伸至Z軸方向之第1假 想線L1，隆起至+X軸方向之部分，成為後述外形形成工程(S20)時之蝕刻各向異性的影響所產生的蝕刻殘餘物23。
在各振動腕部10、11之兩主面10b、11b，形成有朝向Z軸方向之內側凹陷，並且沿著Y軸方向延伸之溝部25。並且，溝部25具有被形成在沿著各振動腕部10、11之Y軸方向的前端部側之第1溝部26，和對第1溝部26被形成在振動腕部10、11之基端部側的第2溝部27。即是，在本實施型態中，在各振動腕部10、11之兩主面10b、11b上，於Y軸方向排列分別形成第1溝部26及第2溝部27。並且，溝部25即使形成在振動腕部10、11之表面、背面之至少一方即可。
第1溝部26係從振動腕部10、11之基端部延伸至中間部附近，形成涵蓋Y軸方向的全體。再者，各第1溝部26係從Z軸方向觀看振動腕部10、11之時，被形成相對於通過各振動腕部10、11之主面10b、11b之X軸方向之中心(寬度方向之中央位置)的中心線O成為線對稱。即是，第1溝部26係以在X軸方向使第1溝部26之開口寬度予以兩等分的中心線，和振動腕部之中心線O大略一致之方式，形成在振動腕部10、11。
第2溝部27係從振動腕部10、11和基部12之連接部分延伸至第1溝部26之基端部附近，相對於第1溝部26，隔著間隔被配置在Y軸方向。並且，第2溝部27係沿著Y軸方向之長度TL2相對於第1溝部26之長度 TL1變短，並且沿著X軸方向之寬度TW2相對於第1溝部26之寬度TW1變窄(參照圖1)。
再者，如圖2所示般，在第2溝部27之X軸方向上相向之兩側面中，位於+X軸方向之+X軸側側面27a，被形成對兩主面10b、11b略垂直，位於-X軸方向之-X軸側側面27b成為隨著從沿著Z軸方向之外側朝向內側，朝+X軸方向傾斜之傾斜面。即是，第2溝部27中之-X軸側側面27b傾斜成隨著朝向Z軸方向內側，第2溝部27之X軸方向之寬度TW2逐漸變窄。
此時，相對於從第2溝部27之開口緣之-X軸側端緣延伸至Z軸方向之第2假想線L2，隆起至+X軸方向之部分，成為後述溝部形成工程(S30)時之蝕刻各向異性的影響所產生的蝕刻殘餘物24。並且，第2溝部27之底面27c被形成與兩主面10b、11b略平行。
在此，本實施型態之第2溝部27係被形成相對於第1溝部26偏移-X軸方向。具體而言，以在第2溝部27之Y軸方向延伸之中心線較振動腕部10、11之中心線O偏移-X軸方向之方式，設置第2溝部27。又換言之，在圖2中，從各第2溝部27之+X軸側開口緣至振動腕部10、11之兩主面10b、11b之+X軸側端緣為止之寬度WB，比從各第2溝部27之-X軸側開口緣至振動腕部10、11之兩主面10b、11b之-X軸側端緣為止之寬度WA寬(WB>WA)。
對此，在第1溝部26中，由於蝕刻殘留物，相對於 振動腕部10、11之中心線O，-X軸方向側之重量增加，X軸方向兩側之重量平衡對振動腕部10、11之中心線O產生偏差，藉由使第2溝部27偏移-X軸方向，在形成有第2溝部27之區域，相對於振動腕部10、11之中心線O，X軸方向兩側之重量平衡略同等，或者+X軸方向之重量增加。依此，以振動腕部10、11全體觀看時，在第1溝部26產生之重量平衡之偏差(-X軸方向側之重量增加的偏差)由於在第2溝部27的重量平衡而被減少，能夠使相對於中心線O在X軸方向兩側的重量平衡成為略均等。並且，針對振動腕部10、11之振動，當比較振動腕部10、11之前端側之重量平衡時，根部(基端側)之重量平衡之一方的影響更大。依此，即使使第2溝部27偏移，也有振動腕部10、11全體之重量平衡在X軸方向兩側不均等之時(也有-X軸方向側之重量仍然大於+X軸方向側之重量之情形)的情形，若在第2溝部27中，X軸方向兩側對中心線O之重量平衡為均等時，則可以大幅度地提升振動腕部10、11之驅動位準特性，並可以取得精度高之安定的諧振頻率。
再者，在振動腕部10、11中，設置有使該些振動腕部彎曲振動的電極膜14。電極膜14具有形成於一對振動腕部10、11而使一對振動腕部10、11振動的第1勵振電極31及第2勵振電極32，和分別電性連接於第1勵振電極31及第2勵振電極32之第1安裝電極33及第2安裝電極34，和分別電性連接勵振電極31、32和安裝 電極33、34之引出電極35、36。並且，電極膜14係藉由例如鉻(Cr)和金之疊層膜等所形成。
勵振電極31、32係形成在一對之振動腕部10、11之外表面上。勵振電極31、32係於被施加電壓時，以使一對振動腕部10、11在互相接近或離開之方式，以特定之諧振頻率F在X軸方向振動。
一對勵振電極31、32係在各電性分開之狀態下被圖案製作而形成在一對振動腕部10、11之外表面。
具體而言，第1勵振電極31主要被形成在振動腕部10之溝部25的內面，和振動腕部11之-X軸側側面11a及+X軸側側面11c。再者，第2勵振電極32主要被形成在振動腕部11之溝部25的內面，和振動腕部10之-X軸側側側面10a及+X軸側側面10c。
安裝電極33、34係以在X軸方向排列之方式被形成在基部12之主面上之基端部。
引出電極35、36中，第1引出電極35係連接第1勵振電極31和第1安裝電極33，第2引出電極36係連接第2勵振電極32和第2安裝電極34。並且，安裝電極33、34及引出電極35、36即使形成在壓電板13之兩主面中，至少一方的主面即可。
並且，在振動腕部10、11之前端部，形成有由用以進行調整成(頻率調整)在特定之頻率的範圍內振動的粗調膜37a及微調膜37b所構成的配重金屬膜37。藉由利用該配重金屬膜37進行頻率調整，則可以將一對 振動腕部10、11之頻率限制在裝置之公稱頻率的範圍內。
(壓電振動子之製造方法)
接著，針對上述壓電振動片1之製造方法予以說明。
圖3為表示壓電振動片之製造方法的流程圖。圖4至圖8為用以說明壓電振動片之製造方法的工程圖，為相當於圖4之B-B線的剖面圖。
首先，如圖3、圖4所示般，將水晶之郎伯原石以特定角度與以切片而成為一定厚度的水晶晶圓40(S10)。此時，以Z軸與壓電振動片1之厚度方向略一致，Y軸與壓電振動片1(振動腕部10、11)之長度方向略一致，X軸與壓電振動片1之寬度方向(振動腕部10、11之配列方向)略一致之方式，將水晶晶圓予以切片。接著，摩擦水晶晶圓40而予以粗加工之後，藉由蝕刻取除加工變質層，之後執行拋光等之鏡面研磨加工，使成為特定厚度。
接著，如圖3~圖5所示般，進行在水晶晶圓40形成複數壓電板13之外形形狀的外形形成工程(S20)。外形形成工程(S20)具有在水晶晶圓40之兩主面上形成蝕刻保護膜41，藉由光微影技術從蝕刻保護膜41形成對應於壓電振動片1之外形形狀的光罩圖案42之光罩圖案形成工程(S21)，和將光罩圖案42當作遮罩，從水晶晶圓40之兩主面側進行藉由濕蝕刻之蝕刻加工的蝕刻工程(S22)。
在光罩圖案形成工程(S21)中，首先在涵蓋水晶晶圓40之兩主面上的全體上形成蝕刻保護膜41。就以該蝕刻保護膜41而言，可舉出疊層由例如鉻所構成之基底膜，和由金所構成之精製膜的金屬膜，藉由濺鍍法或蒸鍍法等的成膜而形成。
然後，對蝕刻保護膜41進行圖案製作，而形成對應於壓電振動片1之外形形狀的光罩圖案42。具體而言，在蝕刻保護膜41上形成無圖示之光阻膜之後，藉由通常之光阻技術，圖案製作成例如壓電振動片1之外形形狀。然後，將該光阻膜當作遮罩而執行蝕刻加工，並選擇性除去不被遮罩之蝕刻保護膜41。然後，於蝕刻加工後除去當作遮罩使用之光阻膜。
接著，將被圖案製作之光罩圖案42當作遮罩而進行蝕刻加工(濕蝕刻)(S22)。具體而言，藉由將形成有光罩圖案42之水晶晶圓40浸漬於無圖示之蝕刻液(例如，氟系)特定時間，選擇性除去水晶晶圓40不被光罩圖案42遮罩之部分。依此，可以將水晶晶圓40仿照光罩圖案42之形狀進行蝕刻加工，並可以形成壓電板13之外形形狀。並且，複數之壓電板13係於進行之後所進行之切斷工程(S70)為止，成為經無圖示之連結部而連結於水晶晶圓40之狀態。
接著，如圖7所示般，進行在壓電板13中，振動腕部10、11之兩主面10b、11b形成溝部25(參照圖1)之溝部形成工程(S30)。具體而言，再次對光罩 圖案42進行圖案製作，使上述光罩圖案42中，溝部25之形成區域開口。此時，在光罩圖案42之開口部分中，第1溝部26之形成區域相對於中心線O形成線對稱，第2溝部27之形成區域42a形成相對於中心線O偏移-X軸方向。然後，與上述外形形成工程(S20)相同，以被圖案製作之光罩圖案42作為遮罩而進行蝕刻加工(濕蝕刻)。依此，如圖8所示般，藉由選擇性除去水晶晶圓40中不被光罩圖案42遮罩之區域，在一對振動腕部10、11之兩主面10b、11b上分別形成溝部25。之後，除去光罩圖案42。
並且，在外形形成工程(S20)及溝部形成工程(S30)中，由於受到蝕刻各向異性之影響，產生上述蝕刻殘餘物23、24。此時，因溝部形成工程(S30)比外形形成工程(S20)，蝕刻時間設定比較短，故在溝部形成工程(S30)中產生之蝕刻殘餘物24比在外形形成工程(S20)中產生之蝕刻殘餘物23大。
接著，在複數壓電板13上，藉由例如濺鍍等，對電極膜14進行圖案製作，進行分別形成勵振電極31、32、安裝電極33、34、引出電極35、36的電極形成工程(S40)。再者，進行在一對振動腕部10、11之前端形成配重金屬膜37之配重金屬膜形成工程(S50)。
並且，電極形成工程(S40)和配重金屬膜形成工程(S50)即使以不同工程進行亦可，即使以相同工程一起進行亦可。
接著，對形成在水晶晶圓40之所有振動腕部10、11，執行粗調整頻率之粗調工程(S60)。此時，例如統籌形成在水晶晶圓40之所有的振動腕部10、11之頻率而進行測量，因應所測量之頻率和事先決定之目標頻率之差，計算微調量。然後，對配重金屬膜37之粗調膜37a照射雷射光使一部分蒸發，因應微調量除去粗調膜37a(微調整)並且，更高精度調整共振頻率F之微調，例如於支架壓電振動片1之安裝後執行。
接著，切斷連結水晶晶圓40和壓電板13之連結部，從水晶晶圓40切離複數之壓電板13而進行小片化的切斷工程(S70)。
藉由上述，可以從一片水晶晶圓40，一次製造複數音叉型之壓電振動片1。
如此一來，在本實施型態中，構成具有被形成沿著Y軸之振動腕部10、11之前端部側的第1溝部26；和相對於第1溝部26被形成在沿著Y軸之振動腕部10、11之基端部側，並且沿著X軸之寬度較第1溝部26窄的第2溝部27。
若藉由該構成，因藉由使第2溝部27之寬度TW2比第1溝部26之寬度TW1窄，可以提高振動腕部10、11中之基端部之剛性，故可以抑制應力集中於振動腕部10、11之基端部。依此，即使外部衝擊作用於壓電振動片1，亦可以防止壓電振動片1之斷裂等。
尤其，在本實施型態中，第2溝部27構成相 對於振動腕部10、11之中心線O偏移-X軸方向。
若藉由該構成，可以抑制由於溝部形成時所產生之蝕刻殘留物24，產生振動腕部10、11之重量平衡偏差之情形。依此，因可以保持振動腕部10、11之重量平衡之均衡，故可以謀求驅動位準之提升，或由於抑制振動洩漏引起CI值之下降等。
其結果，可以邊抑制剛性下降，邊謀求小型化，並且可以提供振動特性優良之壓電振動片1。
再者，在本實施型態中，不使第1溝部26相對於振動腕10、11偏移，即是，以第1溝部26之中心線和振動腕部10、11之中心線O略一致之方式，形成第1溝部26。但是，第1溝部26之形態並不限定於此，即使使第1溝部26偏移-X軸方向側亦可。若藉由該構成，可以利用第1溝部26之X軸方向之對準，降低第1溝部26之蝕刻殘餘物所引起之重量平衡的偏差。除此之外，若又使第2溝部27對第1溝部26偏移時，則可有效果地降低振動腕部10、11之重量平衡之偏差。
再者，在本實施型態中，雖然使第1溝部26之溝寬度大於第2溝部27之溝寬度，但是該些溝寬度之大小關係並不限定於此。即是，即使不縮窄第2溝部27之溝寬度，若可充分確保振動腕部之剛性，第1溝部26和第2溝部27之溝寬度即使相同亦可。
接著，針對具備上述壓電振動片1之壓電振動子50予以說明。圖9為表示壓電振動子之外觀斜視 圖，圖10為表示圖9之壓電振動子之內部構成圖，為拆下頂蓋基板之狀態的俯視圖。再者，圖11為沿著圖10之C-C線的剖面圖，圖12為圖9所示之壓電振動子之分解斜視圖。並且，在以下之說明中，針對與上述構成相同之構成，賦予相同之符號，省略其說明。再者，在本實施型態中，省略蝕刻殘留物23、24或電極膜14、配重金屬膜37等之圖示。
如圖9~圖12所示般，本實施型態之壓電振動子50係被設為表面安裝型，具備有基座基板51和頂蓋基板52經例如陽極接合或無圖示之接合膜、焊劑、硬焊料等而被接合之封裝體53，和被收納在形成於封裝體53之內部的空腔C內的壓電振動片1。並且，在以下中，針對使用玻璃材料當作封裝體之材料之情形予以說明，但是能夠收容與本發明有關之壓電振動片的封裝體並不限定於此，即使為使用陶瓷材當作基座基板，使用陶瓷或金屬蓋當作頂蓋基板的陶瓷封裝體亦可。
基座基板51及頂蓋基板52係由玻璃材料例如鈉鈣玻璃所構成之透明絕緣基板，形成略板狀。在頂蓋基板52，於接合基座基板51之接合面側，形成有收放壓電振動片1之矩形狀之凹部52a。該凹部52a係於重疊基座基板51及頂蓋基板52之時，成為收容壓電振動片1之空腔C。
在該基座基板51形成有在厚度方向貫通基座基板51之一對貫通孔54、55。該貫通孔54、55被形成 在收放在空腔C之位置。當更詳細說明時，本實施型態之貫通孔54、55係在對應於被安裝之壓電振動片1之基部12側的位置形成一方之貫通孔54，在對應於振動腕部11之前端側的位置形成另一方之貫通孔55。
然後，在該些一對貫通孔54、55形成有以掩埋該些貫通孔54、55之方式而形成的一對貫通電極56、57。該些貫通電極56、57為例如對貫通孔54、55一體被固定的導電性之芯材，被形成兩端平坦，並且成為與基座基板51之厚度大略相同厚度。依此，可以邊維持空腔C內之氣密，邊在基座基板51之兩面確保電導通性。
並且，就以貫通電極56、57而言，並不限定於上述之構成，即使藉由例如在貫通孔54、55插入無圖示之金屬銷之後，在貫通孔54、55和金屬銷之間填充玻璃熔料而予以燒結來形成亦可。並且，即使為被埋設在貫通孔54、55內之導電性接著劑亦可。
在基座基板51之上面(接合頂蓋基板52之接合面側)，一對引繞電極61、62被圖案製作。再者，在該些一對引繞電極61、62上分別形成由金等所構成之凸塊B，利用該凸塊B安裝壓電振動片1之一對安裝電極33、34。依此，壓電振動片1之一方的安裝電極33經一方之引繞電極61與一方之貫通電極56導通，另一方之安裝電極34經另一方之引繞電極62與另一方之貫通電極57導通。
在基座基板51之下面形成一對之外部電極 64、65。一對外部電極64、65係被形成在基座基板51之長邊方向之兩端部，各自被電性連接於一對貫通電極56、57。
於使如此構成之壓電振動子50動作之時，對形成在基座基板51之外部電極64、65，施加特定之驅動電壓。依此，可以使電流流通於壓電振動片1之各勵振電極，可以使一對振動腕部10、11以特定之頻率在互相接近或間隔開之方向振動。然後，利用該一對振動腕部10、11之振動，當作時刻源、控制訊號之時序源或基準訊號源等而可以利用壓電振動子50。
若藉由本實施型態之壓電振動子50時，因具備有擁有安定的振動特性，並且難以產生因外部衝擊所導致之振動腕部10、11之破損的高品質小型壓電振動片1，故可以成為提升作動之信賴性及耐久性的高品質的壓電振動子50。
(振盪器)
接著，針對與本發明有關之振盪器之一實施型態，一面參照圖13一面予以說明。
本實施型態之振盪器100係如圖13所示般，將壓電振動子50當作電性連接於積體電路101之振盪子而予以構成者。該振盪器100具備有安裝電容器等之電子零件102之基板103。在基板103安裝有振盪器用之上述積體電路101，在該積體電路101之附近，安裝有壓電振動子 50。該些電子零件102、積體電路101及壓電振動子50係藉由無圖示之配線圖案分別被電性連接。並且，各構成零件係藉由無圖示之樹脂而被模製。
在如此構成之振盪器100中，當對壓電振動子50施加電壓時，該壓電振動子50內之壓電振動片1則振動。該振動係藉由壓電振動片1具有之壓電特性變換成電訊號，當作電訊號被輸入至積體電路101。被輸入之電訊號藉由積體電路101被施予各種處理，當作頻率訊號被輸出。
依此，壓電振動子50當作振盪子而發揮功能。
再者，可以將積體電路101之構成，藉由因應要求選擇性設定例如RTC(實時時鐘)模組等，附加除控制時計用單功能振盪器等之外，亦可以控制該機器或外部機器之動作日或時刻，或提供時刻或日曆等之功能。
如上述般，若藉由本實施型態之振盪器100時，因具備有作動之可靠性及耐久性之高品質的壓電振定子50，故可以取得可靠性及耐久性優良之高品質，並且長期間安定的高精度之頻率訊號的振盪器100。
(電子機器)
接著，針對與本發明有關之電子機器之一實施型態，一面參照圖14一面予以說明。並且，作為電子機器，以具有上述壓電振動子50之行動資訊機器110為例予以說明。首先，本實施型態之行動資訊機器110代表的有例如 行動電話，為發展、改良以往技術的手錶。外觀類似手錶，於相當於文字盤之部分配置液晶顯示器，在該畫面上可以顯示現在之時刻等。再者，於當作通訊機利用之時，從手腕拆下，藉由內藏在錶帶之內側部分的揚聲器及送話器，可執行與以往技術之行動電話相同的通訊。但是，比起以往之行動電話，格外小型化及輕量化。
接著，針對本實施型態之行動資訊機器110之構成予以說明。該行動資訊機器110係如圖14所示般，具備有壓電振動子50，和用以供給電力之電源部111。電源部111係由例如鋰二次電池所構成。在該電源部111並列連接有執行各種控制之控制部112、執行時刻等之計數的計時部113、執行與外部通訊之通訊部114、顯示各種資訊之顯示部115，和檢測出各個的功能部之電壓的電壓檢測部116。然後，成為藉由電源部111對各功能部供給電力。
控制部112控制各功能部而執行聲音資料之發送及接收、現在時刻之測量或顯示等之系統全體的動作控制。再者，控制部112具備有事先寫入程式之ROM，和讀出被寫入該ROM之程式而加以實行之CPU，和當作該CPU之工作區域使用之RAM等。
計時部113具備有內藏振盪電路、暫存器電路、計數器電路及介面電路等之積體電路，和壓電振動子50。當對壓電振動子50施加電壓時，壓電振動片1振動，該振動藉由水晶具有之壓電特性變換成電訊號，當作 電訊號被輸入至振盪電路。振盪電路之輸出被二值化，藉由暫存器電路和計數器電路而被計數。然後，經介面電路，而執行控制部112和訊號之收發訊，在顯示部115顯示現在時刻或現在日期或日曆資訊等。
通訊部114具有與以往之行動電路相同之功能，具備有無線部117、聲音處理部118、切換部119、放大部120、聲音輸入輸出部121、電話號碼輸入部122、來電鈴產生部123及呼叫控制記憶部124。
無線部117係將聲音資料等之各種資料，經天線125執行基地局和收發訊的處理。聲音處理部118係將自無線部117或放大部120所輸入之聲音訊號予以編碼化及解碼化。放大部120係將聲音處理部118或聲音輸入輸出部121所輸入之訊號放大至規定準位。聲音輸入輸出部121係由揚聲器或送話器等所構成，擴音來電鈴或通話聲音，或使聲音集中。
再者，來電鈴產生部123係因應來自基地台之呼叫而產生來電鈴。切換部119限於來電時，藉由將連接於聲音處理部118之放大部120切換成來電鈴產生部123，在來電鈴產生部123產生之來電鈴經放大部120而被輸出至聲音輸入輸出部121。
並且，呼叫控制記憶部124儲存與通訊之發送呼叫控制有關之程式。再者，電話號碼輸入部122具備有例如從0至9之號碼按鍵及其他按鍵，藉由按下該些號碼鍵等，輸入連絡人之電話號碼等。
電壓檢測部116係當藉由電源部111對控制部112等之各功能部施加之電壓低於特定值時，檢測出其電壓下降而通知至控制部112。此時之規定電壓值係當作為了使通訊部114安定動作所需之最低限的電壓而事先設定之值，例如3V左右。從電壓檢測部116接收到電壓下降之通知的控制部112係禁止無線部117、聲音處理部118、切換部119及來電鈴產生部123之動作。尤其，必須停止消耗電力大的無線部117之動作。並且，在顯示部115顯示由於電池殘量不足通訊部114不能使用之訊息。
即是，藉由電壓檢測部116和控制部112，禁止通訊部114之動作，可以將其訊息顯示於顯示部115。該顯示即使為文字簡訊亦可，即使在顯示部115之顯示面上部所顯示的電話圖示上劃上×(叉號)以作為更直覺性之顯示亦可。
並且，具備有電源阻斷部126，該電源阻斷部126係可以選擇性阻斷與通訊部114之功能有關之部分的電源，依此可以更確實停止通訊部114之功能。
如上述般，若藉由本實施型態之行動資訊機器110時，因具備有作動之可靠性及耐久性之高品質的壓電振動子50，故可以取得可靠性及耐久性優良之高品質，並且長期間安定的高精度之時計訊號的振盪器110。
(電波時計)
接著，針對本發明所涉及之電波時計之一實施型態， 一面參照圖15一面予以說明。
本實施型態之電波時計130係如圖15所示般，具備有電性連接於濾波器部131之壓電振動子50，接收含時計資訊之標準之電波，具有自動修正成正確時刻而予以顯示之功能的時計。
在日本國內在福島縣(40kHz)和佐賀縣(60kHz)有發送標準電波之發送所(發送局)，分別發送標準電波。因40kHz或60kHz般之長波合併傳播地表之性質，和一面反射電離層和地表一面予以傳播之性質，故傳播範圍變寬，以上述兩個發送所網羅全日本國內。
以下，針對電波時計130之功能性構成予以詳細說明。
天線132接收40kHz或60kHz之長波之標準電波。長波之標準電波係將被稱為時間碼之時刻資訊AM調制為40kHz或60kHz之載波。所接收到之長波的標準電波，藉由放大器133被放大，並藉由具有複數壓電振動子50之濾波器部131被濾波、調諧。
本實施型態中之壓電振動子50分別具備有具有與上述搬運頻率相同之40kHz及60kHz之共振頻率的水晶振動子部138、139。
並且，被濾波之特定頻率之訊號藉由檢波、整流電路134被檢波解調。
接著，經波形整形電路135取出時間碼，藉由CPU136計數。在CPU136中係讀取現在之年、積算日、 星期、時刻等之資訊。讀取之資訊反映在RTC137，顯示正確之時刻資訊。
載波由於為40kHz或60kHz，故水晶振動子部138、139以持有上述音叉型之構造的振動子為佳。
並且，上述說明係表示日本國內之例，長波之標準電波之頻率在海外則不同。例如，德國係使用77.5kHz之標準電波。因此，於將即使在海外亦可以對應之電波時計130組裝於行動機器之時，則又需要與日本之情形不同之頻率的壓電振動子50。
如上述般，若藉由本實施型態之電波時計130時，因具備有作動之可靠性及耐久性之高品質的壓電振動子50，故可以取得可靠性及耐久性優良之高品質，並且可以長期間安定地高精度計數之頻率訊號的電波時計130。
以上，雖然參照圖面對本發明之實施型態予以詳細敘述，但是具體性之構成並不限定於該實施型態，也包含不脫離本發明之主旨之範圍的設計變更等。
例如，在上述實施型態中，就以壓電振動子之一例而言，雖然以表面安裝型之壓電振動子50為例予以說明，但是並不限定於該壓電振動子50。例如，即使又在模製樹脂部固定圓筒封裝體型之壓電振動子而成為表面安裝型之壓電振動子亦可。
再者，在上述實施型態中，雖然針對使用金等之凸塊安裝壓電振動片1之情形予以說明，但是並不限 定於此，即使在陶瓷基板上使用導電性接著劑而進行安裝亦可。
並且，第2溝部27之偏移量能夠因應蝕刻殘餘物24而適當變更設計。再者，第1溝部26及第2溝部27之寬度或長度、形狀等可適當變更設計。
其他，只要在不脫離本發明之主旨的範圍內，可將上述實施型態中之構成要素適當置換成悉知的構成要素，再者，即使適當組合上述變形例亦可。
(參考例)
在上述中，雖然針對設置第1溝部26、第2溝部27之類型予以說明，但是若重點放在抑制振動腕部10、11之X軸方向之重量平衡之偏差之點，即使不設置第2溝部27亦可。此時，若在振動腕部10、11僅設置第1溝部26，又使第1溝部26對振動腕部10、11之中心線O偏移-X軸方向即可。依此，可以降低因第1溝部26之蝕刻殘餘物所引起之振動腕部10、11之重量平衡的偏差。
即是，若為具備：被配設成互相平行之一對振動腕部；和一體性固定上述一對振動腕部之長邊方向中之基端部的基部；被形成在上述一對振動腕部中之主面，沿著上述長度方向而延伸的溝部，上述振動腕部之厚度方向為結晶軸之Z方向，上述振動腕部之長度方向為結晶軸之Y軸方向， 並且與上述長度方向及上述振動腕部之厚度方向正交之寬度方向為結晶軸之X軸方向，該音叉型之壓電振動片之特徵為：上述溝部被配設成較延伸於上述振動腕部之長度方向的中心線偏移-X軸方向即可。
同樣，壓電振動子、振盪器、電子機器、電波時計若也具有該壓電振動片，則能取得驅動位準特性優良，精度佳之輸出訊號。
再者，此時溝部之長度並不特別限定，若從振動腕部之基端部延伸至振動腕部之中間部附近即可。再者，壓電振動子、振盪器、電子機器、電波時計之構成如同上述般。
並且，偏移量雖然鑒於蝕刻殘餘物之數量而決定即可，但是當偏移量大時，因變得難以在振動腕部之主面的-X軸方向側之主面形成勵振電極，故偏移量之上限必須考慮勵振電極之形成容易度。
1‧‧‧壓電振動片
10、11‧‧‧振動腕部
10a、11a‧‧‧側面
10b、11b‧‧‧主面
23‧‧‧蝕刻殘餘物
24‧‧‧蝕刻殘餘物
25‧‧‧溝部
27‧‧‧第2溝部
27a、27b‧‧‧側面
27c‧‧‧底面
31、32‧‧‧勵振電極
14‧‧‧電極膜
13‧‧‧壓電板
10c、11c‧‧‧+X軸側側面
O‧‧‧中心線
L1‧‧‧第1假想線
L2‧‧‧第2假想線
WA、WB‧‧‧寬度

Claims (6)

  1. 一種壓電振動片，具備：被配置成互相平行之一對振動腕部；和一體性固定上述一對振動腕部之長邊方向中之基端部的基部；和被形成在上述一對振動腕部中之主面，沿著上述長度方向而延伸的溝部，上述振動腕部之厚度方向為結晶軸之Z方向，上述振動腕部之長度方向為結晶軸之Y軸方向，並且與上述長度方向及上述振動腕部之厚度方向正交之寬度方向為結晶軸之X軸方向，該音叉型之壓電振動片之特徵為：上述溝部具有：第1溝部，其被形成在上述振動腕部之前端部側；和第2溝部，其被形成在較上述第1溝部靠上述振動腕部之基端部側，上述第2溝部係在上述X軸方向被配設成較上述第1溝部偏移-X軸方向。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之壓電振動片，其中上述第2溝部之溝寬度較上述第1溝部之溝寬度窄。
  3. 一種壓電振動子，其特徵為具備：如申請專利範圍第1或2項所記載之壓電振動片，和封裝體，該封裝體具有被互相接合之基座基板和頂蓋基板，且在形成於兩基板之間的空腔內收容上述壓電振動片。
  4. 一種振盪器，其特徵為： 如申請專利範圍第3項所記載之壓電振動子作為振盪子被電性連接於積體電路。
  5. 一種電子機器，其特徵為：如申請專利範圍第3項所記載之壓電振動子被電性連接於計時部。
  6. 一種電波時計，其特徵為：如申請專利範圍第3項所記載之壓電振動子被電性連接於濾波器部。
TW102130023A 2012-09-18 2013-08-22 壓電振動片、壓電振動子、振盪器、電子機器及電波時計 TWI589040B (zh)

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